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赵金平:新型消毒杀菌材料应用前景无限
时间:2020-05-05 08:07来源:中国建材报 作者:zgjjb 点击:

目前,新冠肺炎疫情全球蔓延,新型消毒杀菌材料引起了社会各界的广泛关注。那么,传统消杀材料存在哪些弊端?新型杀菌材料又有哪些优异性能?在防疫中能扮演怎样的角色?其应用前景及新亮点有哪些……带着这些问题,《中国建材报》社直播间特邀请中关村人居环境工程与材料研究院院长赵金平,请他详细讲解“可见光催化纳米氮掺杂二氧化钛”这一新型材料的特点及其在防疫工作中扮演的角色,并介绍“疫情引爆的新型消毒杀菌材料及其应用前景”。

 

传统消杀产品存在一定弊端

 

记者:随着我国新冠肺炎疫情防控工作取得阶段性成效,各行各业陆续开始复工复产。但复工复产首先要保证消毒产品、消毒工艺、消毒剂的使用。据您所知,传统消杀材料都有哪些?存在哪些弊端?

 

赵金平:目前很多工厂已恢复生产,防护物资也得到了有效缓解。复工复学潮陆续来临,在这样的背景下,首先就要保证消毒产品的供给。我们所熟知的传统消杀材料有84消毒液、酒精、过氧化氢、含氯消毒剂、紫外线等。这些消毒剂和消毒方式已经比较成熟,但依然存在一些弊端:一是安全性,大家可能不止一次听过类似报道,84消毒液和洁厕灵混着使用会产生氯气,使人中毒;酒精消毒喷洒过多引发火灾的事情也屡见不鲜。二是刺激性,传统消毒剂基本上都有很强的刺激性,对呼吸道、皮肤黏膜会造成伤害,尤其对老幼病残孕群体,消毒剂本身的危害甚至超过日常防护的意义。三是环保性,传统消毒剂在使用过程中会对环境造成一定的污染,使用后的药剂残留也会对空气、水、土壤、植被等产生长期的影响。四是长效性,传统消杀材料作用时间较短,需多次重复使用才能保证对环境的持续消毒,无法达到一次施药长效消毒灭菌的目的。

 

二氧化钛光催化材料为主要新型消毒杀菌材料

 

记者:传统的消杀材料存在一些弊端,那么,目前据您所知,有哪些持续、安全、长效的新型消毒产品和技术,可以和大家分享吗?

 

赵金平:我想跟大家分享的是一种新型消毒杀菌材料,主要成分是二氧化钛光催化材料。这是一种可以在紫外光激发下产生电子和空穴、把光能转化成化学能的光催化剂。其作用机理是纳米二氧化钛在光照的条件下获得能量,能产生电子和空穴,空穴跟环境中的氧气、水发生作用,产生具有活性的羟基自由基,也叫氧自由基,进而与细菌或者病毒中的有机成分发生化学反应,最后生成无毒无味的二氧化碳和水,实现消毒杀菌目的。在此过程中,纳米二氧化钛粒子本身没有损耗,能持续且无差别地消毒杀菌,既安全又长效。

但传统的纳米二氧化钛应用存在两个关键性问题:其一是它必须要紫外光激发才能发挥作用。但在自然界里面,阳光中的紫外光才占7%-8%,普通的光又很难去激发二氧化钛材料。其二就是催化效率比较低。在这样的情况下,如何提高二氧化钛光催化材料性能呢?

 

我们的合作伙伴——北京科技大学教授曹文斌带领的团队通过大量研究工作,确定纳米氮掺杂二氧化钛是一种最适合的实现方式,它可以使纳米二氧化钛的可见光响应大大提高。与此同时,其光催化效率也实现了大幅提升。现在我们已经突破纳米颗粒的分散稳定性技术,开发了可见光催化抗菌净化液。这种可见光催化材料解决了传统二氧化钛对紫外光的依赖,在可见光存在的条件下,就能持续产生羟基自由基,杀灭细菌跟病毒,非常好地解决了在可见光作用下持续发挥光催化效用的难题。

 

记者:这种新型杀菌材料有什么特点?有哪些优异性能?

 

赵金平:这种新型杀菌材料具有安全、长效、广谱的特性。其性能也是有别于传统的消杀材料。它具有良好的稳定性,无毒无害,材料本身在室温下可以存储两年以上,只要外界环境没有被破坏,这种材料就可以持续工作。而且我们也在北京市的疾控中心做过检测,报告显示此材料经口无毒,对皮肤无刺激性,且无毒无害,尤其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌等细菌光催化抗菌率都大于99%,是一种非常理想的杀菌物质。

 


那么,怎样才能从材料演变成产品呢?我们首次推出的产品,叫光催化复合型消毒液。为什么叫复合型呢?光催化材料是主要成分,但仅光催化材料还不能满足各种环境下应用的条件,所以做了个复合配方,添加了一些成分,形成了复合型的消毒液。通过复配后,它的消毒效率也大幅提高。产品以30毫升的小包装方式呈现,便于携带,大大提高了便捷性。

 

新型杀菌材料助力复工复学

 

记者:随着复工复学潮陆续来临,新型杀菌材料在防疫中扮演什么样的角色?

 

赵金平:该材料可以应用在生活中的诸多方面,包括公共场所、交通工具等。以北京为例,现在机场、高铁、公交每天都要例行消毒,但客流量大是最为棘手的问题,不可能做到每时每刻都消毒,但第一款产品——光催化复合型消毒液就能发挥作用,在这些场所进行全面、无死角的消毒,从而保障大家的安全。

 

第二个产品是可重复水洗的长效抗菌口罩。大家都知道,传统的口罩利用的是静电吸附的原理来过滤颗粒物。然而,当静电被消除后,基本上口罩的过滤作用、防病毒作用就失效了。今天提到的新型长效抗菌口罩,其功能如下:第一,面层用二氧化钛进行处理,使其具有消毒杀菌的功能,当携带病毒细菌的飞沫或尘粒落到表面的时候,能自动灭菌,这是传统口罩所不具备的功能。第二,其中间层采用孔径更小的PTFE膜构成,比传统的聚丙烯材料要小一个数量级。PTFE膜本身孔径很小,携带病毒或者细菌的飞沫根本透不过去,所以说它的安全性、保险性更胜一筹,这也是口罩技术发展的新方向。

 

 

 

现在受疫情影响,传统口罩使用的原材料尤其是熔喷布价格提高后,这种新型抗菌口罩的优势就凸显出来。虽然其网眼密集,但是透气性好,比传统的口罩呼吸更为畅快,并且可多次水洗,呼吸阻力也很小,佩戴舒适,能自动杀灭病毒。过滤效率96.7%,达到国家KN95级别,并通过了欧盟CE认证。

 

第三个产品就是可杀灭细菌病毒的功能性建材。它能快速有效杀死细菌病毒,以建材作为载体,对室内环境持续消杀。这种产品采用纳米氮掺杂二氧化钛作为面层杀菌材料,通过“种植技术”将杀菌材料种植到饰面层,基层就是普通的建筑板材。“种植技术”是将纳米材料做成一个微米级的小滴粒,然后通过均匀分布的方式,把它“种”到建筑材料的表面,相当于有一半是种到里面,有一半是露在外面,从而在保证稳固的同时能持续进行杀毒。这样,材料如何负载到建材上的难题就可以迎刃而解。此外,还有一个技术是雾化均布技术。只把杀菌材料种到建材表面其实还远远不够,必须把它均匀分布在建材里面,这样才可能实现整个光催化净化的功能。我们研制的炫晶板就是这种功能型建材,是在国家“十三五”重点研发计划支持下开发出来的,它对大肠杆菌、金黄色葡萄菌的杀灭率都达到了99%以上。而且,它对甲醛、VOC也能进行降解,降解率可以达到85%。从未来的发展趋势看,功能型建材在各领域中会得到越来越广泛的应用,尤其是疫情暴发后,随着人们对消毒杀菌越来越重视,新型消杀材料会迎来更多的机会和更广阔的发展前景。

 


新型消杀材料在建材行业应用前景无限

 

记者:新型消杀材料在建材行业应用前景如何?有哪些探索的新亮点?

 

赵金平:新型消杀材料在建材行业的应用可以说前景无限,当然道路也是曲折坎坷的,因为我们面临着标准缺失、产品质量难以把控等问题。只有解决了这些问题,才能推动这些新材料在建材行业的运用。

 

探索新亮点其实很多,坦率地讲,抗菌杀毒的材料并非只有我们的产品或者只有今天提到的技术,其实是有多元产品及技术,有氯系的材料、过氧化氢材料等,也有传统消杀产品经过提升后形成新型消毒材料。这些材料在建材领域都有发挥的空间,将会带动整个建材行业向更高质量、更高附加值方向发展。

 

记者:这种材料可以用在建材行业的哪些领域?与什么样的产品进行复合加工更好?

 

赵金平:从领域上讲,新型消杀材料产品可以与很多建材产品实现完美融合,用作医院、学校、宾馆、机场、车站等公共建筑及普通居室的装饰装修材料。

 

具体与什么样的产品进行复合加工,如果附着在无机饰面板上,就需要跟无机材料的界面复合,解决界面结构问题;如果附着在金属上,如不锈钢板、铝板及一些铜装饰材料上,就要解决它跟金属界面复合的问题。此外,新型消杀材料还可以用在塑料表面、陶瓷表面,只要解决材料跟基材的界面复合问题,就可以在这些材料上面进行复合应用。所以说,其应用范围是相当广泛的。

 


赵金平简介:

工学博士,教授级高工。现任中关村人居环境工程与材料研究院院长。北京市科技新星,中关村海淀园博士后工作站导师,西安建筑科技大学博士导师,清华大学工程硕士站导师。兼任国际生态环境材料协会专家委员,世界绿色设计组织专家委员,中国建筑学会生态人居学术委员会副主任,中国建筑学会建筑材料分会理事,中国硅酸盐学会房屋建筑材料分会理事等职务。主要研究领域包括:环境净化材料、节能保温材料、新能源材料、工业固废利用等。

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